Инновационный потенциал материаловедения (в машиностроении) презентация

Содержание

Износ основных фондов отечественных предприятий достиг ≥ 80 % Выход из надвигающейся точки невозврата – в решении следующих Проблем машиностроения А. Создание конкурентоспособной

Слайд 1 Инновационный потенциал материаловедения (в машиностроении) Волков Георгий Михайлович моб.: 8-925-0-692-693 e-mail: recom@list.ru http://nanoprom.info/

Слайд 2 Износ основных фондов отечественных предприятий достиг ≥ 80 %
Выход

из надвигающейся точки невозврата –
в решении следующих
Проблем машиностроения
А. Создание конкурентоспособной
машиностроительной продукции
Б. Обеспечение работоспособности
изношенной техники

Слайд 3 Проблема А ПЕРВООРУЖЕНИЕ Часть 1 Постановка задачи

Задача – многократно повысить конструкци-онные свойства материалов по

сравнению с мировым уровнем
Цель – создать предпосылки для разработки машиностроительной продукции со свой-ствами выше мирового уровня

Слайд 4Проблема А ПЕРВООРУЖЕНИЕ Часть 2 Постановка задачи

Конструкционное применение полимеров ограничивает низкий температурный предел работоспособности, который для большинства органических полимеров не превышает 200°С.
Для создания тепловых машин с техническими характеристиками выше мирового уровня необходимы полимеры, многократно превышающие достигнутый порог жаростойкости.
Проблему решают неорганические полимеры.

Слайд 5Проблема Б САНАЦИЯ Постановка задачи Обеспечение работоспособности изношенной техники основано на регулярных ремонтных работах разной периодичности. Технико-экономически

эффективны ремонтные технологии нового поколения: - холодная молекулярная сварка - безразборный ремонт узлов трения

Слайд 6 Проблема А ПЕРВООРУЖЕНИЕ Часть 1 Постановка задачи

Задача – многократно повысить конструкци-онные свойства материалов по

сравнению с мировым уровнем
Цель – создать предпосылки для разработки машиностроительной продукции со свой-ствами выше мирового уровня

Слайд 7Состояние проблемы
Принципиальный недостаток традиционных способов упрочнения материалов


Объемные
наноматериалы

Слайд 8
Попытки многократного повышения прочности материала
традиционными способами
блокируются столь же резким
снижением

его пластичности.
Прогнозируемый выход из тупика -
реализовать
потенциальные возможности наноразмерного состояния вещества.

Слайд 9Схема формирования поверхностного слоя вещества
Ненасыщенные связи атомов на поверхности А-В раздела

фаз создают огромное ( ≥ 11000 атм ) давление на поверхностный слой вещества
Это формирует его необычные свойства.

Слайд 10Maybe… Fa=Fc d crit.

Free valency (F)
F of external atom

(Fa)

F of internal atom (Fc)








If Fa/Fc > 1
Nanoparticle



Слайд 11Свойства частицы при Ø > d кр.
= свойствам макрообразца
(классическая

физика)
Свойства частицы при Ø < d кр.
# свойствам макрообразца
превышают их многократно
(квантовая механика)


Слайд 12

Выбор модельного вещества  Углерод,т.к. количество его химических соединений многократно больше всех соединений всех остальных элементов таблицы Д.И.Менделеева  В аллотропной модификации графита,т.к. - только он остается в твердой фазе при температурах свыше 4000°С - только он освоен в крупнотоннажном производстве материалов конструкци-онного назначения

Слайд 13 Графит как предельная степень конденсации углеводородов ароматического ряда Отношение индексов свободной валентности

периферийных / внутренних атомов углерода обратно пропорционально величине молекулы d кр.= теория ~ 10 нм, эксперимент 9,2 нм







Слайд 14



d кр.

Слайд 15ТЕОРИЯ
Технология

Слайд 16


Схема связывания наночастиц матрицей
Нанокомпозит = 100 % наноматериал

Слайд 17ЭКСПЕРИМЕНТ

Слайд 18☹ Традиционная технология наноматериалов
Процессы получения и консолидации наночастиц
разделены в пространстве и

во времени
Технология, как минимум, двухстадийна
☺ Предлагаемая технология наноматериалов
Наночастицы и связывающая их матрица
формируются одновременно
в одном химическом реакторе
Технология наноматериала одностадийна

Слайд 19Технология объемных наноматериалов
Традиционная

Предлагаемая




а б

Слайд 20
Контакт наночастиц
традиционной

предлагаемой
технологии

Слайд 21Габариты
☺ Одностадийная технология наноматериала
экспериментально отработана на пластинах, трубах и натурных изделиях


с габаритами до 200 мм

☹ Мировое сообщество считало - получить
такой материал невозможно
Зарубежный рекорд – тонкое покрытие
толщиной до 250 мкм.

Слайд 22Теоретические основы и технологические
принципы одностадийной технологии
конструкционных наноматериалов
разработаны задолго до

принятия (1974 г.)
мировым сообществом термина «нано-…»:
Волков Г.М. и др. а.с. СССР,1966
Волков Г.М. и др. а.заявка на открытие,1967
Волков Г.М. и др. Доклады АН СССР,1968
Волков Г.М. Теоретическая и
экспериментальная химия,1969

Приоритет

Слайд 23Углеродный наноматериал
многократно превосходит
углеродные материалы традиционной технологии:
по
◻ коэффициенту

трения в жидких средах - в 5 раз,
◻ коэффициенту катодного распыления - в 15 раз,
◻ окислительной стойкости - до 300 раз,
вольфрам по
высокотемпературной удельной прочности - до 5 раз,
а также
◻ химически и биологически инертен,
◻ газонепроницаем,
◻ радиационностоек,
◻ электрохимически близок золоту и платине

Слайд 24 Применение
Наличие промышленной технологии
позволило реализовать уникальные свойства
углеродного

наноматериала
как в самых смелых проектах человечества
(ИКС,ТЯР)
так и в традиционном машиностроении
(высокотемпературные торцевые уплотнения
агрессивных сред,
антифрикционные вкладыши
газодинамических подшипников)

Слайд 25Искусственный клапан сердца (ИКС) Материалы ИКС испытывают 40 млн двойных (открывание-закрывание)

ударов в год

Слайд 26Рабочие элементы всех ИКС российского производства изготавливают из НМ С-С

Рабочий ресурс ИКС из НМ С-С соизмерим с продолжительностью жизни человека с 5-ти кратным запасом Коэффициент трения в жидкой среде 1÷4 – антифрикционные графиты 5 – углеродный наноматериал

Слайд 27 Диафрагма термоядерного

реактора Температура рабочего тела 100 млн град.

Слайд 28

Токамак Т-3М,Т-4,Т-7 (диафрагма)


Замена сплава вольфрам-рений:

Потеря мощности на излучение плазмы
уменьшилась в 3 раза
Количество полезных имульсов
возросло в 5 раз
Интенсивность рентгеновского излучения
снижена в 20 раз
Рабочий ресурс 8000 циклов
без разрушений


Для ГРЭС мощностью 5000 МВт =

10 млрд КВт.ч электроэнергии в год


Слайд 29 Торцевые уплотнения валов энергонапряженных узлов трения Углеродный наноматериал обеспечивает

герметичность уплотнения при 2000°С


Слайд 32 Газодинамические подшипники Maсса

ротора до 1 тонны Скорость вращения до 1 млн об./мин ▲-бронза ? -антифрикционный сплав V -корундовая керамика ?-антифрикционный графит ⬤-углеродный наноматериал Углеродный наноматериал не имеет следов износа после 5000 циклов пуск-стоп

Слайд 33

Направления
эффективной реализации свойств углеродного наноматериала при создании машиностроительной продукции с техническими характеристиками выше мирового уровня:
Высокотемпературные детали машин и оборудования
Торцевые уплотнения высокотемпературных агрессивных сред
Подшипники скольжения изделий точной механики
Токопроводящие детали электрических машин
Радиационностойкие детали атомной энергетики
Коррозионностойкие детали химического оборудования
Замена золота и платины в электрохимических устройствах
Элементы запорной арматуры агрессивных сред
Детали устройств для разливки цветных металлов
Инструмент для электроэрозионной обработки сверхтвердых материалов

Детали медицинской техники,контактирующие с жидкими средами организма
(см. далее)

Слайд 34Биоинженерный потенциал

Показано отсутствие местного раздражающего
общетоксического и канцерогенного действия углеродного наноматериала на

организм.
По результатам многолетних исследований
углеродный наноматериал
рекомендован для клинического применения
и с 1977 г. используется
как основной конструкционный материал
искусственного клапана сердца

Слайд 35  Все материалы эндопротезов и имплантов взаимодействуют с живой тканью

 Исключение

– углерод
в аллотропной модификации графита.
Он химически и биологически инертен
 Однако конструкционные графиты
пористы
 Импрегнаты (полимеры,металлы и др.)
лишают графит биологической инертности

УГЛЕРОДНЫЙ НАНОМАТЕРИАЛ
РЕШАЕТ ЭТУ ПРОБЛЕМУ

Слайд 36 Возможность заводского выпуска крупногабаритных заготовок углеродного наноматериала позволяет создавать медицинские

изделия со свойствами выше мирового уровня

 Все крупные и мелкие суставы
 Зубные имплантанты
 Набор изделий для
- операций на позвоночнике,
- челюстно-лицевой хирургии,
- остеосинтеза
 Детали медицинской техники,
контактирующие с кровью

Слайд 37Узел трения тазобедренного сустава

Слайд 38Хирургический крепеж

Слайд 39Кейджи

Слайд 40Зубные импланты

Слайд 41Итоги работ МГТУ «МАМИ»

ПРАКТИЧЕСКИЙ ВЫХОД
Теоретический расчет реализован
в промышленной одностадийной технологии

углеродного наноматериала
со свойствами выше мирового уровня
ПЕРСПЕКТИВЫ
Теоретические положения могут быть
использованы для получения
широкой гаммы наноматериалов
как на основе углерода,так и
другого химического состава

Слайд 42Рассмотрим инновационный потенциал разработок других авторов в области нанотехнологии
применительно к созданию

объемных материалов со свойствами
многократно выше достигнутного уровня

Слайд 43Технологическая классификация объемных наноматериалов

Слайд 44Нанопорошки
Россия – «урановый проект» 50-е г.г. ХХ века.
ХХ1 век - мировое

производство 55 тыс.т/год.
- Россия 2 т/год (потенциал 10 тыс.т).
Номенклатура: 70 % оксиды, 15 % металлы.
Использование: 1. Прессование
Гальванобатареи с наноэлектродами превосходят
традиционные: емкость в 2, напряжение в 3 раза.
2. Наполнитель
Многократное улучшение свойств при добавке
менее 1 % наночастиц.

Слайд 45Нанобетон
канд.техн.наук Пономарев А.Н. «НТЦ прикладных
нанотехнологий»(СПб)
Вводят углеродные наночастицы (астрален)
до 10

г на 1 т цемента. Ударная прочность выше
в 2-3 раза.
мост через Волгу (г.Кимры Тверской обл.),
мостовые конструкции облегчены в 4 раза.
высотное строительство,
- пуленепробиваемые сооружения.

Слайд 46Нанофрагментация металлов
ч-корр. БАН Валиев Р.З. 80-е годы ХХ века(УАУ)
Интенсивная пластическая деформация

(ИПД). Принципиально
новые свойства при ε > 1.




а – наковальня Бриджмена. N ≥ 5. Размер зерен 10-20 нм.
Образец ∅20х1 мм.
б – равноканальное угловое прессование. Размер зерен ≤ 70 нм.
Длиномерные прутки ∅ 12 мм. Прочность выше в 2,5 раза.

Слайд 47Нанофрагментация металлов
акад. РАН Горынин И.В. ФГУП ЦНИИ«Прометей»






В промышленных условиях производства магистральных

газо- и
нефтепроводов большого диаметра для Крайнего Севера и
Восточной Сибири рамер зерна 10-50 нм, конструкционные
свойства выше в 4 раза.



Слайд 48Нанофрагментация металлов
Зарубежные компании Европы, США и Японии
освоили производство заготовок с толщиной
стенки

более 200 мм из высокоуглеродистых
легированных сталей с размером структурных
элементов не более 40 нм. Конструкционные
свойства наноструктурированных сталей
многократно превышают уровень свойств
аналогичных марок традиционной технологии.

Слайд 49

Более подробно проблема многократного улучшения
конструкционных свойств машиностроительных материалов
рассмотрено в нашем

учебном пособии

Слайд 50Проблема А ПЕРВООРУЖЕНИЕ Часть 2 Постановка задачи

Конструкционное применение полимеров ограничивает низкий температурный предел работоспособности, который для большинства органических полимеров не превышает 200°С.
Для создания тепловых машин с техническими характеристиками выше мирового уровня необходимы полимеры, многократно превышающие достигнутый порог жаростойкости.
Проблему решают неорганические полимеры.

Слайд 52Основные свойства
- Химическая инертность в окислительных средах при нормальной и

повышенных температурах. Рабочая температура до 2000°С
- Низкая плотность. Он легче алюминия и его
сплавов в 1,5 раза
- Затвердевание не требует последующей
термической обработки
- Его компоненты не токсичны, технология
экологически безопасна

Слайд 53Технология
Негорючий полимер является полимером принципиально нового класса. Связующее на его основе

(НПС) скомпановано в двух упаковках. Смесь компонентов (порошок + наноразмерные добавки +жидкость) затвердевает в результате химической реакции при цеховой температуре.
Материалы с использованием НПС изготавливают по традиционной технологии композиционных материалов на стандартном оборудовании.
Материалы изготавливают прессованием в виде панелей, блоков различной конфигурации и труб. Трубы могут быть изготовлены также путем намотки волокнистого наполнителя. Литьевые составы на основе НПС позволяют изготавливать более широкий ассортимент продукции, включая крупногабаритные конструкции.

Слайд 55 Преимущества
Связывая НПС неорганический волокнистый наполнитель получаем жаростойкий машиностроительный материал нового поколения

– композиционный материал системы неорганика-неорганика (КМ Н-Н).
Рекомендуется в качестве высокотемпературного конструкционного материала для создания тепловых машин с техническими характеристиками выше мирового уровня.
Связывая НПС неорганический порошковый наполнитель исключаем из технологического цикла керамики операцию спекания, которая занимает много времени и требует больших затрат энергии.
Это снижает производственные расходы в 2 раза.

Слайд 56Машиностроение
Большинство машин имеет тормозные устройства, работоспособность которых определяется характеристиками фрикционных материалов.

Наиболее распространенные фрикционные материалы на полимерном связующем работоспособны до 200°С. Материалы системы углерод-углерод сохраняют фрикционные свойства до более высоких температур, но в воздушной среде горят и поэтому требуют специальной защиты.
Использование НПС в производстве фрикционных материалов позволит исключить температурный предел работоспособности тормозных систем и создать тормозные устройства с характеристиками выше мирового уровня.

Слайд 57Машиностроение
На основе НПС созданы высокотемпературные клеи. Потребителями являются предприятия, эксплуатирующие тепловое

оборудование.
Предлагаемая технология позволяет восстановить разрушенные огнеупорные детали путем связывания НПС измельченного материала аварийной детали.
Ремонт выполняется в цеховых условиях по месту нахождения аварийного оборудования.

Слайд 58Негорючие материалы
Негорючие пластики на основе НПС. Замена ими используемых в настоящее

время органопластиков позволит обеспечить полную экологическую безопасность в процессе эксплуатации, а при пожаре - исключить жертвы от воздействия ядовитых продуктов пиролиза органопластиков.
Наиболее массовое применение ожидается в строительстве для интерьера зданий гражданского и промышленного назначения. Не менее эффективно применение негорючих материалов для интерьера воздушных, наземных и подземных транспортных устройств.

Слайд 59Негорючие материалы
Негорючие пластики на основе НПС. Замена ими используемых в настоящее

время органопластиков позволит обеспечить полную экологическую безопасность в процессе эксплуатации, а при пожаре - исключить жертвы от воздействия ядовитых продуктов пиролиза органопластиков.
Наиболее массовое применение ожидается в строительстве для интерьера зданий гражданского и промышленного назначения. Не менее эффективно применение негорючих материалов для интерьера воздушных, наземных и подземных транспортных устройств.

Слайд 60Экология
Замена фенолформальдегидных смол на НПС исключит экологическое загрязнение окружающей среды ядовитыми

фенолом и формальдегидом в процессе производства и эксплуатации ДСП, например, в качестве интерьера помещений и мебели
Способность НПС нейтрализовать диоксины решает некоторые актуальные проблемы мегаполисов: утилизация золы мусоросжигательных заводов, исключение утечки диоксинов из городских свалок.

Слайд 61Экология
Предлагаемая технология нечувствительна к качеству сырья, что позволяет утилизировать почти все

промышленные отходы независимо от их химического состава, влажности, консистенции и др.
Это позволяет перерабатывать промышленные отходы в огнеупорные материалы различного назначения и широкий ассортимент строительных материалов (стеновые и крупногабаритные изделия, высокопрочный кирпич, кислотоупорные покрытия, теплоизоляционне материалы, огнезащитные краски, ультралегкий наполнитель, легкие бетоны, высокотемпературные клеи, ремонтные составы, негорючие пластики и многое другое…)

Слайд 62
Экология
Состав на основе НПС заменяет канцерогенный битум в производстве асфальта. Это

концентрированная многокомпонентная эмульсия. Из концентрата прямо на линии готовят рабочий раствор. После механического уплотнения обработанные раствором слои дорожного покрытия приобретают плотность, прочность и водоотталкивающие свойства.

Слайд 63 Представленные примеры технического применения НПС находятся на разной стадии

практической реализации и не исчерпывают потенциальных возможностей предлагаемого направления работ.

Слайд 64Проблема Б САНАЦИЯ Постановка задачи Обеспечение работоспособности изношенной техники основано на регулярных ремонтных работах разной периодичности. Технико-экономически

эффективны ремонтные технологии нового поколения: - холодная молекулярная сварка - безразборный ремонт узлов трения

Слайд 65 Холодная Молекулярная Сварка Волков Георгий Михайлович тел./факс: (495) 306-31-88 e-mail: recom@list.ru http://rekom.su/

Слайд 66
Почему молекулярная
Молекулярное взаимодействие
(функциональные группы полимера-металл)
Почему холодная
Цеховая температура взаимодействия
Почему сварка
Неразъемное соединение сопрягаемых

деталей
Расходные материалы ХМС -
ремонтные композиционные материалы (Реком)

Слайд 67 Рекомы состоят из клеевой основы, в кото-рую введено большое

количество дискрет-ного наполнителя различной природы и формы. Технологически компоненты Рекомов скомпанованы в двух упаковках, смешивание которых в кратных долях образует самотвер-деющую смесь. Такой состав обеспечивает технологичес-кое и эксплуатационное преимущества использованию Рекомов перед традицион-ными способами ремонта.

Слайд 68

Преимущества ХМС
(сравнение с термической сваркой)
● не требует нагрева
● исключает деформацию детали
●

не требует повторной ТО
● не расходует э/энергию
● не использует оборудование
● не требует высокой квалификации исполнителя
● выполняется на воздухе вне защитной среды
● допускает полевой ремонт
● позволяет ремонт в пожаро- и взрывоопасных цехах
● экологически безопасна
● соединяет разнородные металлы
● позволяет соединение металл-неметалл

Слайд 69

Преимущества ХМС
(сравнение с клеевым соединениями)

● не требует давления
● обладает объемными свойствами
●

не требует геометрической подгонки деталей
● заполняет выработку деталей глубиной 10 и более мм
● позволяет изготавливать целиковую деталь

Слайд 70Реком-Б (базовый)
ремонтный композит универсального назначения
Гарантируемые показатели:
Предел прочности при сдвиге по стыку

со сталью – не менее 200 кг/см²
Предел прочности при сжатии – не менее 1000 кг/см²
Факультативные показатели:
Предел прочности при изгибе 700 кг/см²
Предел прочности при растяжении 300 кг/см²
Рабочая температура 150°С, кратковременно 200°С
Коэффициент трения в масле 0,06
Плотность 2,1 г/см³
Время жизни смеси при (20÷30)°С не менее 1 час
Время полного набора прочности при (20÷30)°С 24 час

Слайд 71Реком-Б рекомендуется для устранения дефектов корпусных деталей (трещины, вырывы и др.)

и брака литья (раковины, пористость и др.) чугунных и силуминовых деталей, восстановления посадочных мест на валу и в корпусе агрегата, восстановления фланцевых соединений и плоскостей разъема агрегатов, а также для ремонта радиатора, бензобака, кузовных работ и косметического ремонта автомобиля, для устранения течи теплообменников, емкостей ГСМ, трансфор-маторов и др. энергооборудования.

Слайд 72Реком-И (износостойкий)

ремонтный композит специального назначения
Коэффициент трения по стали в масле 0,037.
Твердость по Бринеллю 220 НВ.
Предел прочности при сжатии не менее 800 кг/см².
Механическая обработка производится твердо-сплавным резцом.
По износостойкости в 5 раз превосходит углеродис-тые стали.
Рекомендуется для устранения царапин и задиров поверхностей трения, восстановления подвижных посадок на валу и в корпусе агрегата, ремонта шпоночных, шлицевых и резьбовых соединений.

Слайд 73Рекомы специального назначения
схватывающиеся со ржавой, мокрой или замаслен-ной нефтепродуктами поверхностью,
для

полевых условий при любых плюсовых темпе-ратурах в туман и дождь,
электроизолятор для ремонта в стационарных условиях токонесущих деталей машин и оборудования,
абразивостойкий для восстановления деталей, работающих в абразивной среде,
химстойкий для ремонта деталей машин и оборудования химических производств.
Ремкомплекты аварийные с минутными временами отверждения; маркируются РА.

Слайд 74 Ремкомплект аварийный

универсального назначения (РА-У)
⚪ позволяет выполнять аварийный ремонт в поле-
вых условиях,
⚪ схватывается со ржавой, мокрой или замасленной нефтепродуктами поверхностью металлов и сплавов,
⚪ является электроизолятором,
⚪ обладает повышенной стойкостью к химически активным средам.
□ Технология РА-Уотработана в опытно-лабораторных условиях. Необходимые для испытаний количества изготовлены на экспериментальном оборудовании.
□ Для изготовления препарата в количествах, необхо-димых для промышленного применения, необходимо организовать опытно-промышленное производство.

Слайд 75Восстановление
изношенной техники

Слайд 89Рекомендация
поддержание в работоспособном состоянии изношенной инфраструктуры и основного

производственного оборудования предприятий любого профиля обеспечивается использованием всего трех марок Реком в следующем соотношении Реком-Б 80 %, Реком-И 10 %, РА-У 10 %
---------------------------------
Волков Г.М. Ремонт, восстановление и модернизация, № 8, 2002

Слайд 90Проблема Б Безразборный ремонт НИИ «Механобр»(СПб) 90-е годы ХХ века - самовосстановление бурового инструмента при

обработке серпентинитовых горных пород Серпентин – минерал (MgO)x(SiO2)y(H2O)z Составы на его основе – геомодификаторы восстанавливают изношенные поверхности в режиме штатной эксплуатации узла трения

Слайд 91Эффективность геомодификаторов
⧫ Коэффициент трения < до 2 раз
⧫ Ресурс узла трения

> до 3 раз
⧫ Эксплуатационные расходы < до 2 раз
⧫ Экономический эффект = 500÷800 %
-------------------------------------------
Балабанов В.И. и др. Безразборный сервис автомобиля / М.: «Известия», 2007

Слайд 92Благодарю за внимание!
Благодарю за внимание!
Благодарю за внимание!

Слайд 93 Перспективы материаловедения (в машиностроении) --------------------------------- Волков Георгий Михайлович моб.: 8-925-0-692-693 e-mail: recom@list.ru http://nanoprom.info/

Похожие презентации

Электроны в твердых телах 327
製造廠家及資訊系統之更新與維護 高壓用電設備試驗作業要點 說明會 488
Приборы измерения мощности 872
Электрическая емкость. Конденсаторы. Соединение конденсаторов. Расчет емкостей различных конденсаторов 695
Электр ток көздері. Ом заңы 398
Классификация двигателей внутреннего сгорания 532

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика